Для четырехуровневого лазера порог накачки

.

7. Параметры газоразрядных ламп оптической накачки.

Процесс изменения равновесного распределения элементарных частиц в активной веществе по их уровням энергии под действием внешнего электромагнитного излучения, постоянного тока или химических реакций называется накачкой. В настоящее время в лазерной технике применяются различные методы накачки. Наибольшее распространение как в импульсном, так и в непрерывном режимах работы твердотельных лазеров получил метод оптической накачки газоразрядными лампами, наполненными инертными газами. Некоторые активные вещества могут генерировать при накачке ртутными лампами сверхвысокого давления и иодными лампами накаливания. К новым методам оптической накачки относят использование энергии взрывающейся проволочки, применение излучения сжимающегося плазменного шнура. Исследуется также возможность использования излучения Солнца и применение ренгеновских лучей для возбуждения флуоресценции в твердых телах.

При выборе лампы исходным параметром является площадь поверхности разрядного промежутка S_л, которая должна быть примерно равной площади поверхности кристалла. Для ламп обычно применяют кварцевые трубки с нормированной толщиной стенки. Наиболее часто применяемая в твердотельных лазерах прямая импульсная лампа имеет электроды на каждом конце заполненной инертным газом цилиндрической кварцевой трубки. Оба конца кварцевой трубки вакуумплотно свариваются с молибденовыми стержнями – электродами. Потери энергии на нагрев лампы и электродов, а также на поглощение кварцевой трубкой в области длин волн 180…3500 нм не превышают 25…30%. Лампы накачки, предназначенные для работы в импульсных лазерах, наполняют ксеноном, т.к. этот газ обеспечивает более высокую, по сравнению с другими инертными газами, светоотдачу, что связано с низким значением потенциала ионизации его и сравнительно высокой атомной массой. Оптимальной значение давления газа при наполнении составляет (4…13)*10⁴ Па. Ксеноновые лампы бывают различной конфигурации: прямые. Трубчатые, трапецеидальные, П- и U-образные, коаксиальные, спиральные. Рекомендуемые значения длины межэлектродного промежутка и внутреннего диаметра кварцевой трубки составляют 4…60 и 0.3…3 см соответственно.

Критериями применяемости импульсных ламп в тех или иных режимах работы являются их надежность и долговечность. К недостаткам импульсных ламп следует отнести сравнительно небольшой срок службы даже при эксплуатации в номинальном режиме. Однако срок службы может быть значительно увеличен при снижении предельно допустимых нагрузок и наоборот. Для эксплуатации твердотельных лазеров необходимо знать долговечность и надежность ламп, определяемую коэффициентом нагрузки

,

где Е_л – рабочая энергия лампы;

Е_л.макс. – предельная энергия, которую лампа может выдержать лампа при накачке.

Одной из причин разрушения ламп, наряду с эрозией электродов, появлением налета и микротрещин на них, является термоудар, возникающий при работе лазера в режиме квазистационарной генерации излучения. Максимальная энергия Е_л.макс. лампы накачки зависит от приложенного импульса накачки и конструктивных параметров лампы:

,

где d_л – диаметр лампы накачки;

L_л – длина разрядного промежутка;

τ_л – длительность импульса накачки.

Задание:

1. Определить естественную ширину спектральной линии излучения лазера, а также ее доплеровское уширение, построить спектр люминисценции лазера.

2. Используя графоаналитический метод, определить геометрические размеры активного вещества.

3. Рассчитать коэффициент отражения зеркал резонатора.

4. Рассчитать параметры лампы накачки (L, d, Е_max, E_л), определить k_л, E_л.мак.

5. Обосновать выбор типовой лампы накачки.

6. Рассчитать принципиальную схему блока питания лампы накачки импульсного лазера.

7. Определить максимальный коэффициент усиления G_max.

8. Рассчитать кпд лазера.